Tổng quan công nghệ

Nội dung dưới đây được chia sẻ chỉ để tham khảo. Nếu có bất kỳ vi phạm kỹ thuật hoặc hướng dẫn sai, vui lòng liên hệ tác giả để gỡ bỏ hoặc chỉnh sửa.

Pin TBC là gì?

TBC là viết tắt của TOPCon Back Contact. Nó kết hợp thụ động TOPCon (oxit đường hầm cộng với poly-silicon) với cấu trúc tiếp xúc mặt sau xen kẽ IBC, vì vậy người ta cũng gọi nó là pin POLO-IBC.

Nó tích hợp sâu thụ động oxit đường hầm / poly-Si TOPCon với bố trí tiếp xúc mặt sau IBC. Điều này mang lại khả năng thụ động mặt sau mạnh mẽ của TOPCon cộng với lợi thế IBC là không có che khuất lưới kim loại phía trước, với tất cả dòng điện được thu về phía sau. Kết quả là điện áp mạch hở cao hơn và dòng điện ngắn mạch cao hơn. Đây là một trong những hướng hiệu suất cao loại N chủ đạo cho thế hệ tiếp theo.

Ưu điểm cốt lõi

• Không có lưới kim loại phía trước, do đó loại bỏ tổn thất che khuất phía trước và Isc tăng lên

• Thụ động đường hầm TOPCon làm giảm tái hợp mặt sau và nâng cao Voc

• Bố trí tiếp xúc mặt sau xen kẽ P/N tối ưu hóa đường đi thu thập hạt tải và cắt giảm điện trở nối tiếp

• So với TOPCon tiêu chuẩn và IBC tiêu chuẩn, nó cân bằng chất lượng thụ động và tích hợp cấu trúc

• Tương thích với hầu hết thiết bị cốt lõi trên các dây chuyền loại N hiện có, do đó quy trình có thể được nâng cấp từng bước

So sánh với pin thông thường

• TOPCon tiêu chuẩn: che khuất lưới kim loại phía trước, thụ động TOPCon toàn bộ diện tích mặt sau

• IBC tiêu chuẩn: cấu trúc tiếp xúc mặt sau, nhưng thụ động hóa dựa trên oxit silic / nitrua silic, không có thụ động hóa poly-Si đường hầm

• TBC (POLO-IBC): cấu trúc tiếp xúc mặt sau IBC kết hợp thụ động hóa đường hầm TOPCon, do đó cả cấu trúc và thụ động hóa đều được tối ưu

Tổng quan quy trình đầy đủ

Wafer đầu vào → làm sạch sơ bộ / loại bỏ hư hại do cưa → lắng đọng oxit đường hầm mặt sau + poly-Si (LPCVD) → lắng đọng mặt nạ SiN mặt sau → mở laser mặt sau lần 1 (vùng boron) → pha tạp boron (p-poly) → mở laser mặt sau lần 2 (vùng phốt pho) → pha tạp phốt pho (n-poly) → làm sạch loại bỏ khuếch tán bao quanh / BSG / PSG → lắng đọng màng thụ động mặt sau → in mặt nạ sáp bảo vệ mặt sau → tạo cấu trúc mặt trước + khắc cách ly P/N → lắng đọng màng thụ động chống phản xạ SiN mặt trước và mặt sau → in lưới điện cực kim loại mặt sau → nung → kiểm tra điện → phân loại và đóng gói

Thông số quy trình chi tiết

3.1 Làm sạch và đánh bóng (làm sạch sơ bộ + loại bỏ hư hại do cưa)

Mục đích: loại bỏ lớp hư hại do cưa, tạp chất kim loại bề mặt, hạt và dầu; đánh bóng wafer một mặt hoặc hai mặt để có nền silic sạch, phẳng và đảm bảo lắng đọng lớp đường hầm sau đó đồng đều.

Thiết bị chính: dây chuyền làm sạch và đánh bóng ướt liên tục, bể đánh bóng kiềm, bể làm sạch axit.

Hóa chất chính: kiềm mạnh (NaOH/KOH), HF, HCl, IPA, phụ gia tạo cấu trúc, chất hoạt động bề mặt.

Các mục giám sát chính:

• Khối lượng mất do đánh bóng: cân điện tử

• Độ phản xạ bề mặt: máy đo độ phản xạ

• Tuổi thọ hạt tải thiểu số iVoc: máy đo tuổi thọ nhất thời WCT-120

• Hình ảnh tái hợp hạt tải: máy đo PL (R3-PL)

• Độ nhám và độ sạch bề mặt: kính hiển vi quang học

Kiểm soát chất lượng: hư hại do cưa được loại bỏ hoàn toàn, không có vết bẩn hoặc bậc trên bề mặt, khối lượng mất đồng đều, không có sự giảm tuổi thọ rõ rệt.

3.2 Lắng đọng oxit đường hầm + poly-Si

Mục đích: phát triển một lớp oxit đường hầm siêu mỏng (SiO₂) sau đó là lớp poly-Si nội tại trên mặt sau wafer, tạo thành cấu trúc thụ động TOPCon cốt lõi để có thụ động hóa trường và hóa học mạnh, giảm tái hợp mặt sau.

Thiết bị chính: LPCVD dạng ống.

Nguồn khí: SiH₄, O₂, N₂ (khí mang / thanh lọc).

Các mục chính:

• Độ dày Poly-Si: máy đo độ dày poly, ellipsometer

• Độ dày oxit tunnel: ECV, ellipsometer

• iVoc (WCT-120)

• Đồng nhất PL

• Điện trở suất tấm (giám sát poly nội tại trước khi pha tạp)

Kiểm soát chất lượng: oxit siêu mỏng và đồng nhất, poly-Si đặc và không có lỗ kim, độ dày đồng nhất trên toàn bộ đế.

3.3 Lắng đọng mặt nạ SiN phía sau

Mục đích: lắng đọng một lớp silicon nitride (SiNₓ) đặc trên poly-Si nội tại làm mặt nạ chặn cho các bước mở laser và pha tạp sau đó, cho phép tạo vùng pha tạp chọn lọc.

Thiết bị chính: PECVD.

Nguồn khí: SiH₄, NH₃, N₂.

Các mục chính: độ dày SiN (ellipsometer quang phổ), chỉ số khúc xạ và độ đồng nhất, iVoc, độ đồng nhất PL.

Kiểm soát chất lượng: mặt nạ đặc, không có lỗ kim, độ dày đồng nhất để đảm bảo cách ly pha tạp.

3.4 Mở laser phía sau lần đầu (cửa sổ khuếch tán boron)

Mục đích: loại bỏ chọn lọc mặt nạ SiN trên vùng khuếch tán boron bằng cách bắn laser cục bộ trong khi giữ nguyên poly-Si nội tại bên dưới, mở cửa sổ cho poly loại p sau này.

Thiết bị chính: hệ thống mở laser sợi quang / nanosecond hoặc picosecond, công cụ tạo mẫu laser độ chính xác cao.

Tinh chỉnh quy trình: điều chỉnh công suất laser, tốc độ lặp lại, tốc độ quét và độ chồng lấp điểm sao cho chỉ loại bỏ mặt nạ SiN trên cùng và không làm hỏng poly-Si nội tại bên dưới, giữ nguyên lớp thụ động nền.

Đặc trưng chính: kiểm tra bằng kính hiển vi quang học về hình dạng rãnh, tính toàn vẹn của cạnh và liệu lớp poly có bị cháy hay không.

3.5 Pha tạp boron phía sau (p-poly)

Mục đích: khuếch tán boron vào poly-Si nội tại trong vùng đã mở để chuyển đổi nó thành poly pha tạp nặng loại p (p-poly), đồng thời hình thành BSG trên bề mặt. BSG sau đó đóng vai trò như mặt nạ chặn tự nhiên cho sự khuếch tán phospho.

Thiết bị chính: lò khuếch tán boron dạng ống.

Môi trường quy trình: nguồn lỏng BBr₃; môi trường O₂, N₂.

Đặc trưng chính: điện trở suất tấm vùng p, độ đồng nhất pha tạp, tính toàn vẹn của lớp phủ BSG, độ đồng nhất pha tạp PL.

Kiểm soát chất lượng: pha tạp boron đủ, điện trở suất tấm đồng nhất, BSG liên tục và hoàn chỉnh, không có khoảng trống cục bộ.

Mở laser phía sau 3.6 giây (cửa sổ khuếch tán phốt pho)

Mục đích: loại bỏ mặt nạ SiN còn lại để lộ poly-Si nội tại không pha tạp làm vùng pha tạp phốt pho loại n, đồng thời giữ nguyên lớp BSG đã hình thành khỏi hư hại do laser.

Thiết bị chính: hệ thống tạo mẫu / mở bằng laser.

Trọng tâm quy trình: kiểm soát năng lượng laser chính xác để tránh xuyên thủng lớp BSG, duy trì ranh giới cách ly sạch giữa vùng P và N.

3.7 Pha tạp phốt pho phía sau (n-poly)

Mục đích: khuếch tán phốt pho vào poly-Si nội tại của cửa sổ thứ hai để tạo poly pha tạp nặng loại n (n-poly). BSG hình thành ở bước trước hoạt động như mặt nạ tự căn chỉnh, ngăn phốt pho khuếch tán vào vùng p-poly và đạt được sự tự cách ly giữa vùng P/N.

Thiết bị chính: lò khuếch tán phốt pho dạng ống.

Môi trường quy trình: nguồn lỏng POCl₃; môi trường O₂, N₂.

Nguyên lý chính: BSG dư hoạt động như rào cản khuếch tán tự nhiên và ngăn nhiễm bẩn phốt pho vào vùng p-poly. Sau khi khuếch tán phốt pho, BSG một phần chuyển thành oxit hỗn hợp bo-phốt pho, giúp tăng cường cách ly.

Đặc tính chính: điện trở tấm vùng n, cách ly ranh giới P/N, giám sát xu hướng rò rỉ.

3.8 Làm sạch để loại bỏ khuếch tán quấn quanh (loại bỏ BSG/PSG)

Mục đích: loại bỏ hóa học tất cả BSG, PSG và cặn bề mặt, đồng thời loại bỏ các lớp khuếch tán quấn quanh mép và cạnh để tránh rò rỉ cạnh.

Thiết bị chính: dây chuyền làm sạch ướt liên tục.

Hóa chất chính: chủ yếu là HF, cùng với phụ gia axit và hệ thống axit đệm.

Hỗ trợ quy trình: thổi khô bằng khí sạch, sấy khô bằng khí nóng.

Kiểm soát chất lượng: oxit thủy tinh được loại bỏ hoàn toàn, bề mặt sạch không cặn, không có cặn quấn quanh ở các cạnh.

3.9 Lắng đọng màng thụ động bảo vệ SiN phía sau

Mục đích: lắng đọng màng thụ động bảo vệ SiN trên cấu trúc poly P/N xen kẽ phía sau để thụ động và bảo vệ vùng tiếp xúc sau, đồng thời ngăn chặn tấn công hóa học trong các bước sau.

Thiết bị chính: PECVD.

Nguồn khí: SiH₄, NH₃, N₂.

Đặc tính: độ dày SiN, chiết suất, độ đồng đều màng.

3.10 Phủ mặt nạ sáp phía sau (mặt nạ bảo vệ)

Mục đích: phủ hoàn toàn mặt sau bằng lớp bảo vệ sáp thông qua in lưới để che chắn cấu trúc tiếp xúc P/N đã hình thành và màng SiN, ngăn chặn quá trình ăn mòn phía trước sau này tấn công các lớp chức năng phía sau.

Thiết bị chính: máy in lưới (trạm in sáp).

Trọng tâm kiểm soát: in sáp hoàn chỉnh, không bỏ sót in, không lỗ kim, bịt kín cạnh tốt để mặt sau được bảo vệ trong suốt quá trình.

3.11 Ăn mòn hóa học mặt trước + tẩy sáp và làm sạch

Mục đích:

1. Loại bỏ pha tạp dư thừa và các lớp hư hỏng trên mặt trước của wafer

2. Tạo nhám mặt trước để hình thành bề mặt kim tự tháp và giảm phản xạ mặt trước

3. Đạt được cách ly cạnh giữa vùng P và N phía sau thông qua ăn mòn ngang để giảm rò rỉ cạnh

4. Cuối cùng tẩy mặt nạ sáp phía sau để lộ cấu trúc tiếp xúc phía sau hoàn chỉnh

Thiết bị chính: dây chuyền ăn mòn ướt và tạo nhám hai mặt liên tục.

Hóa chất chính: kiềm mạnh (NaOH), HF, phụ gia tạo nhám, dung dịch ăn mòn đệm.

Nguồn khí: khí nén sạch, thổi khô N₂.

Kiểm soát chất lượng: tạo nhám mặt trước đồng đều, hình thái kim tự tháp đạt yêu cầu, cách ly P/N đúng, không có đường rò rỉ, tẩy sáp sạch không cặn.

3.12 Màng thụ động chống phản xạ SiN mặt trước và mặt sau

Mục đích: lắng đọng màng thụ động chống phản xạ SiN trên mặt trước để vừa chống phản xạ vừa thụ động bề mặt; thêm và tối ưu hóa màng thụ động mặt sau để cải thiện thêm khả năng thụ động và độ tin cậy.

Thiết bị chính: PECVD.

Nguồn khí: SiH₄, NH₃, N₂.

Đặc tính: độ dày màng mặt trước và mặt sau, chiết suất, thời gian sống của hạt tải thiểu số, độ phản xạ.

3.13 In lưới và nung điện cực mặt sau

Mục đích: in điện cực bạc-nhôm trên vùng P mặt sau và điện cực bạc trên vùng poly loại n để tạo thành các điện cực dương và âm xen kẽ tiếp xúc phía sau, sau đó sử dụng nung nhiệt độ cao để hình thành tiếp xúc ohmic giữa kim loại và poly-Si pha tạp.

Thiết bị chính: máy in lưới chuyên dụng cho tiếp xúc phía sau, lò nung liên tục.

Các bước chính: in căn chỉnh mẫu điện cực mặt sau → sấy khô → nung nhiệt độ cao (hình thành tiếp xúc ohmic).

3.14 Kiểm tra và phân loại cuối cùng

Quy trình xử lý: Kiểm tra EL (khuyết tật, vết nứt nhỏ, rò rỉ), kiểm tra điện IV (Voc, Isc, FF, Eff), kiểm tra ngoại quan, phân loại và sắp xếp, đóng gói và nhập kho.

Thiết bị kiểm tra: Máy kiểm tra EL, máy kiểm tra IV, trạm kiểm tra ngoại quan.

Những thách thức chính và điều cần tập trung

Những phần khó của công nghệ TBC là gì và cần chú ý vào đâu?

• Kiểm soát độ đồng đều độ dày của lớp oxit đường hầm siêu mỏng rất khó

• Hai bước mở laser yêu cầu độ chính xác căn chỉnh cực cao

• Giữ nguyên mặt nạ tự căn chỉnh BSG là cốt lõi của quy trình

• Quá trình khắc cách ly xen kẽ P/N dễ bị rò rỉ cạnh

• In điện cực tiếp xúc mặt sau yêu cầu độ chính xác căn chỉnh cao hơn so với pin thông thường

• Quản lý sự suy giảm thời gian sống của hạt tải thiểu số trong toàn bộ quy trình là khó khăn

Các thông số SPC chính cần theo dõi

• Độ dày oxit đường hầm và độ dày poly-Si

• Hình thái mở laser và độ lệch căn chỉnh cho cả hai bước

• Độ đồng đều điện trở tấm của khuếch tán boron và phospho

• iVoc và thời gian sống của hạt tải thiểu số PL được theo dõi trong toàn bộ quy trình

• Độ phản xạ mặt trước và hình thái tạo nhám

• Vết nứt nhỏ EL, rò rỉ và trạng thái cách ly cạnh

Quan điểm của Ooitech

TBC thành công hay thất bại phụ thuộc vào chi tiết, và mặt nạ tự căn chỉnh BSG là anh hùng thầm lặng ở đây vì nó cho phép các vùng phospho và boron tự sắp xếp mà không cần bước mặt nạ thứ ba. Điều chúng tôi theo dõi nhiều nhất trên dây chuyền module là cách các pin tiếp xúc mặt sau có Voc cao này hoạt động ở hạ nguồn trong quá trình nối dây và cán màng, vì kim loại hóa toàn bộ mặt sau của chúng thay đổi cuộc chơi kết nối. Nếu bạn muốn xem các dây chuyền module loại N thực tế đang chạy, kênh YouTube của chúng tôi www.youtube.com/ooitech có cảnh quay nhà máy đáng xem.